歐幾里得正在努力解開宇宙最大的謎團(tuán)之一：宇宙為何膨脹得越來越快。在美國宇航局的幫助下，這架太空望遠(yuǎn)鏡捕捉到了數(shù)十億個星系的全景圖，讓科學(xué)家們得以一窺遙遠(yuǎn)的過去。

這張圖片展示了不同形狀的星系樣本，均由歐幾里得在首次觀測深空區(qū)域時拍攝。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，圖片處理由 M. Walmsley、M. Huertas-Company 和 J.-C. Cuillandre 完成

研究人員利用數(shù)十億年才到達(dá)地球的光，繪制宇宙的 3D 地圖，以追蹤被稱為暗能量的奇特力量。在此過程中，他們通過引力透鏡繪制看不見的暗物質(zhì)，希望揭示這些宇宙成分如何塑造從星系到宇宙命運(yùn)的一切。

歐幾里得任務(wù)由歐洲航天局( ESA )牽頭， NASA提供支持，旨在探究宇宙最大的謎團(tuán)之一：宇宙膨脹為何加速。科學(xué)家將這種加速背后的未知力量稱為暗能量，歐幾里得的目標(biāo)是通過拍攝空間和時間上數(shù)十億個星系的圖像來更好地理解它。

3 月 19 日，ESA 向公眾發(fā)布了早期任務(wù)數(shù)據(jù)的預(yù)覽。此次首次發(fā)布被描述為“快速瀏覽”，重點(diǎn)關(guān)注天空的選定區(qū)域。它首次展示了 Euclid 的功能，并幫助研究人員微調(diào)他們的工具和技術(shù)，以分析未來更大的數(shù)據(jù)集。

此處顯示的是歐幾里得任務(wù)的深空南部區(qū)域的全部。該區(qū)域在天空中約為 28.1 平方度。歐幾里得將在其為期 6 年的主要任務(wù)期間總共觀察該區(qū)域和另外兩個深空區(qū)域約 40 周。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，圖像處理由 J.-C. Cuillandre、E. Bertin、G. Anselmi 完成

新共享的數(shù)據(jù)包括對歐幾里得三個“深空區(qū)”的觀測，這些區(qū)域是望遠(yuǎn)鏡將進(jìn)行最深遠(yuǎn)觀測的天空區(qū)域。預(yù)覽僅涵蓋一周的觀測時間，但已經(jīng)包括了 2600 萬個星系，其中一些距離我們超過 105 億光年。

歐幾里得望遠(yuǎn)鏡于 2023 年 7 月發(fā)射，預(yù)計在其為期六年的主要任務(wù)期間將觀測超過 15 億個星系。到任務(wù)結(jié)束時，它將花費(fèi)大約 40 周的時間觀測深空場，隨著時間的推移收集越來越多的光線——類似于讓相機(jī)快門打開更長時間以在弱光下捕捉更清晰的圖像。這將使科學(xué)家能夠看到比以往更暗、更遙遠(yuǎn)的星系。

這幅圖像顯示了歐幾里得深空南區(qū)的 1.5% 左右，這是望遠(yuǎn)鏡在其主要任務(wù)期間將觀測超過 40 周的天空的三個區(qū)域之一，用于發(fā)現(xiàn)暗淡而遙遠(yuǎn)的星系。中心附近的一個星系團(tuán)距離地球近 60 億光年。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，圖像處理由 J.-C. Cuillandre、E. Bertin、G. Anselmi 完成

1995 年，美國宇航局的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡首次進(jìn)行了深空觀測，結(jié)果顯示宇宙中星系的數(shù)量比預(yù)期的多得多。歐幾里得的最終目標(biāo)不是發(fā)現(xiàn)新星系，而是利用對它們的觀測來研究暗能量的影響在宇宙歷史進(jìn)程中是如何變化的。

尤其是，科學(xué)家們想知道隨著時間的推移，膨脹速度增加了多少或減慢了多少。無論答案是什么，這些信息都會為這一現(xiàn)象的根本性質(zhì)提供新的線索。美國宇航局的南希·格雷斯·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡將于 2027 年發(fā)射，它也將觀測大片天空，以研究暗能量，補(bǔ)充歐幾里得的觀測。

這幅圖顯示了歐幾里得深空南區(qū)的一部分。與大馬賽克相比，該區(qū)域被放大了 70 倍。這幅圖中可以看到各種巨大的星系團(tuán)，以及星系團(tuán)內(nèi)的光線和引力透鏡。靠近中心的星系團(tuán)被稱為 J041110.98-481939.3，距離我們近 60 億光年。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，圖像處理由 J.-C. Cuillandre、E. Bertin、G. Anselmi 完成

為了研究暗能量在整個宇宙歷史中的影響，天文學(xué)家將使用歐幾里得幾何學(xué)繪制宇宙中所有物質(zhì)的詳細(xì) 3D 地圖。通過這些地圖，他們希望測量暗能量導(dǎo)致星系和大塊物質(zhì)相互遠(yuǎn)離的速度。他們還想測量過去不同時間點(diǎn)的膨脹率。這是可能的，因?yàn)閬碜赃b遠(yuǎn)物體的光需要時間才能穿越太空。當(dāng)天文學(xué)家觀察遙遠(yuǎn)的星系時，他們會看到這些物體過去的樣子。

例如，距離我們 100 光年的物體看起來和 100 年前一樣。這就像收到一封花了 100 年才送達(dá)的信，因此其中包含了寫信時的信息。通過繪制不同距離物體的地圖，科學(xué)家可以看到宇宙隨著時間的推移發(fā)生了怎樣的變化，包括暗能量的影響可能如何變化。

但恒星、星系和所有發(fā)射和反射光的“正常”物質(zhì)僅占宇宙中所有物質(zhì)的五分之一左右。其余部分被稱為“暗物質(zhì)”——一種既不發(fā)射也不反射光的物質(zhì)。為了測量暗能量對宇宙的影響，天文學(xué)家需要將暗物質(zhì)納入他們的地圖中。

歐幾里得深空場的位置在歐空局蓋亞和普朗克任務(wù)的全天空視圖中以黃色標(biāo)記。明亮的水平帶是我們銀河系的平面。在右下角突出顯示的兩個區(qū)域中，歐幾里得深空場南部是左側(cè)的區(qū)域。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA；ESA/Gaia/DPAC；ESA/Planck Collaboration

雖然暗物質(zhì)是看不見的，但其影響可以通過引力透鏡測量。正常物質(zhì)和暗物質(zhì)的質(zhì)量都會在空間中產(chǎn)生曲線，而向地球傳播的光在遇到這些曲線時就會彎曲或扭曲。事實(shí)上，來自遙遠(yuǎn)星系的光可以彎曲到形成弧線、完整的圓圈（稱為愛因斯坦環(huán)），甚至是同一星系的多個圖像，就像光穿過玻璃透鏡一樣。

在大多數(shù)情況下，引力透鏡會非常微妙地扭曲星系的表觀形狀，研究人員需要特殊的工具和計算機(jī)軟件才能看到它。在數(shù)十億個星系中發(fā)現(xiàn)這些微妙的變化使科學(xué)家能夠做兩件事：繪制暗物質(zhì)存在的詳細(xì)地圖，并觀察暗能量在宇宙歷史中對其的影響。

只有通過大量的星系樣本，研究人員才能確信他們看到了暗物質(zhì)的影響。最新發(fā)布的歐幾里得數(shù)據(jù)覆蓋了 63 平方度的天空，面積相當(dāng)于 300 個滿月的陣列。到目前為止，歐幾里得觀測了大約 2000 平方度，約占其總勘測面積 14000 平方度的 14%。到任務(wù)結(jié)束時，歐幾里得將觀測到整個天空的三分之一。

本月發(fā)布的數(shù)據(jù)集在幾篇預(yù)印本論文中有所描述。該任務(wù)的第一批宇宙學(xué)數(shù)據(jù)將于 2026 年 10 月發(fā)布。在深空位置的多次飛行中積累的數(shù)據(jù)也將包括在 2026 年的發(fā)布中。

關(guān)于歐幾里得的更多信息

歐幾里得是歐洲航天局 (ESA) 的一項(xiàng)任務(wù)，旨在通過繪制宇宙的幾何形狀和大尺度結(jié)構(gòu)來探索暗能量和暗物質(zhì)的奧秘。歐幾里得是作為 ESA 宇宙視野計劃的一部分發(fā)射的一項(xiàng)中型任務(wù)，旨在回答宇宙學(xué)最深奧的問題之一：宇宙為什么以加速的速度膨脹？

該任務(wù)由歐空局領(lǐng)導(dǎo)和運(yùn)營，NASA 和其他國際合作伙伴也做出了重要貢獻(xiàn)。該任務(wù)的科學(xué)核心在于歐幾里得聯(lián)盟，該聯(lián)盟由來自 15 個歐洲國家、美國、加拿大和日本的 300 多個研究所的 2，000 多名科學(xué)家組成。該聯(lián)盟負(fù)責(zé)提供任務(wù)的科學(xué)儀器并分析歐幾里得收集的數(shù)據(jù)。

泰雷茲阿萊尼亞航天公司被歐空局選定為衛(wèi)星和服務(wù)艙的主承包商，而空中客車防務(wù)與航天公司則開發(fā)了包括歐幾里得太空望遠(yuǎn)鏡在內(nèi)的有效載荷艙。

美國宇航局通過三個專門的科學(xué)團(tuán)隊(duì)支持這項(xiàng)任務(wù)。美國宇航局的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 ( JPL ) 在歐幾里得近紅外光譜儀和光度計 ( NISP ) 的開發(fā)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，具體來說，它設(shè)計和制造了傳感器芯片電子設(shè)備，并管理了 NISP 探測器的采購和交付。這些組件在位于馬里蘭州格林貝爾特戈達(dá)德太空飛行中心的美國宇航局探測器特性實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了嚴(yán)格測試。

位于加利福尼亞州帕薩迪納市加州理工學(xué)院的紅外科學(xué)中心 (ENSCI) 負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)美國的科學(xué)參與，并促進(jìn)對任務(wù)數(shù)據(jù)的訪問。所有美國科學(xué)數(shù)據(jù)都存檔在 NASA 的紅外科學(xué)檔案館 (IRSA)，該檔案館也位于紅外科學(xué)中心。加州理工學(xué)院為 NASA 管理的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 (JPL) 為該任務(wù)的硬件和技術(shù)專長做出了重大貢獻(xiàn)。

憑借國際合作、先進(jìn)儀器和宇宙規(guī)模的任務(wù)目標(biāo)，歐幾里得有望改變我們對塑造宇宙的無形力量的理解。

編譯自/ScitechDaily